煤矿中央泵房自动化控制研究

摘要：对目前中国煤矿生产行业中的中央泵房自动化控制展开研究，主要分析中央泵房自动化系统应用及具体工作环节，希望可以对同行业工作者起到一定的借鉴意义，充分发挥中央泵房自动化控制系统在煤矿生产中的作用。

关键词：煤矿生产；中央泵房；自动化控制

引言

在煤矿生产企业中，排水系统是整个煤矿生产流程的重要组成部分，排水系统不但要及时排出煤炭生产过程中的积水，还要在涌水期间有良好的矿井水排出能力，由此看见，中央水泵房在煤矿生产中担负着重要责任，目前中国大多数煤矿行业都是采用人工化的排水系统，这类系统操作繁琐、管理复杂、自动化程度比较低、应急能力较差，所以对与中央泵房的自动化控制系统的研究就显得尤为重要，对提高煤矿生产行业的安全性具有重要的现实意义。

1中央泵房自动化控制系统

中央泵房一共有5台D280—65X5水泵，并配用400kW功率、6kV的电压，共有15络阀门，水仓分为内外两仓，并选用Φ325mm钢管铺装；中央泵房采用的是真空泵和水射流两种方式进行抽真空操作，并且互相备用，增加了中央泵房的应急处理能力。井下泵房主要以主排水泵作为排水设备，其主要包括水泵、电机、底座、真空表、压力表等部件构成，每台水泵都由相应的一台电机、一个底座、三个闸阀及一套真空泵、真空表组成[1]。中央泵房的自动化系统主要以PLC数据自动采集功能为核心，其运行原理是将PLC收集的模拟数据传送输入模块中，然后通过传感器分析，对中央泵房的水仓水位进行实时检测，通过系统对水位变化数据的转换和处理，计算水仓中水位在不同时间段内单位时间的上升情况，并且将单位时间内的水位变化作为依据判断井下涌水量的变化，并及时调整排水泵的运行状态。中央水泵的自动化控制系统还可以根据水泵轴温变化、电机电流变化、电机的温度变化等方面，对电机及水泵运行状态进行实时监管，发挥出系统的监控报警功能，避免因水泵及电机温度变化过大而出现设备损坏的情况。在自动化系统中的PLC数字量输入模块中，相关部件通过将运行信号采集到PLC中，并通过设定的逻辑分析对排水泵进行控制[2-3]。

2煤矿井下中央泵房自动化控制功能

煤矿企业的自动化控制系统通常采用一般性的控制柜，并且配套相应的集中控制台对水泵进行自动化控制。目前中国大多数泵房自动化控制系统都是在水泵房中设置一台单独的控制站，并且在每个水泵旁设定相应的控制线，自动化控制系统不但要实现水泵启停控制功能，还要实现对水泵设备的就地/集控转换。中央泵房自动化系统集操作简单，集扩展输入/输出等特点为一体，除了可以完成对水泵运行控制操作，还可以将工业以太网与井下中央变电所的网络交换机进行联系，从而将设备的运行状态上传到调度中心。另外控制系统应该具备较强的防外界干扰能力，以此保证系统信号传输的稳定性，并且具有汉字显示功能，增加系统本身的实用性。2.1操作方法中央泵站自动化控制系统主要分为遥控和手动两种操作方式，一般遥控操作方式为主要控制模式。系统遥控方式主要是对地面控制器的远程控制，以此监控设备的工作运行状态及运行过程中参数的变换。另外遥控操控还可以检测水仓水位的实施情况，通过水位的变化情况对水泵与阀门进行相应调整，还可以检测控制系统中设备的运行状态，如果设备在运行过程中出现故障，可以在第一时间及时停止设备，并发出报警信号，通知维修人员及时对故障设备进行维修。自动化系统的手动控制，工作人员应该根据水仓在一定时间段内的水位变化情况确定开启水泵的数量，另外，手动操作方式还可以通过设备触摸屏手动控制水位中水泵运行，通常情况下此操作方式都会作为设备故障检修的主要方式[4]。2.2液位控制液位控制是中央泵站自动化控制系统中的重要组成部分。在自动化控制系统中，利用液位传感器实时监控矿井的水位变化。当矿井水位处于高液位状态下时，不论是否处于峰谷电价时间段，系统都会在第一时间内根据自动轮换原则启动水泵。如果水井液位还在继续升高，则自动化系统将启动多台水泵降低水井水位。当水井水位处于低液位状态时，自动化系统可以不受任何限制的通用所有水泵，以此保证水井水位呈上升趋势。另外在水仓的水位保护装置中，工作人员可以设置独立的液位计作为备用检测设备，便于在主检测设备出现故障后，继续用液位计检测水仓水位。另外，在液位控制系统中，可以选用超声波液位传感器提高液位控制精度，另外超声波液位传感器还具有非机械型、维护简易、安装便捷等诸多优点。液位传感器设备可以针对实际情况对水泵进行智能化控制，当水仓水位处于2号水位时，在低计费时间段内，水泵会立即启动，当处于高计费时间段内，控制系统会控制水泵电机缓慢启动。当水位上升到3号水位时，则控制系统无论在何种情况下启动水泵，以此使得水仓水位逐渐正常。当水位上升到4号位置时，这时一台水泵设备已经无法对水仓水位进行有效控制，此时就需要启动第二台水泵设备，在第一时间内将水仓水位恢复到正常位置。上文所叙述水位控制，皆是由超声波液位计将水位的实时变化情况传输到PLC中，通过PLC的分析，执行相关操作，其分时计费也是由PLC通过相应软件标定[5]。2.3通讯功能通信功能是现代化控制系统的重要标志。在煤矿泵房的自动化控制系统中都配备了以太网通讯模块及交换机设备，通信功能的应用可以很便捷的将水泵设备在运行过程中的运行状况、运行参数、设备故障信息传输到地面的控制中心，由控制中心分析处理后，将相关信息公布到煤矿企业的局域网上。通过企业管理人员授权后的相关信息，可以到互联网上，供用户查看。在该通讯系统中，对用户的授权等级不同，其赋予相应的操作权限也不相同，高级用户除了可以查看控制系统的相关信息，还可以通过互联网进行远程操控，这在一定程度上实现了无人值守的自动化系统控制，降低了人力物力的投入，减少运行成本，增加企业经济效益。

3煤矿中央泵房自动化控制的工作环节

3.1自动注水水泵只有在保证一定真空度的情况下才能正常工作，当叶轮完全浸入到水中时，水泵才能保持一定真空度。当真空度不足时，泵内就会存在空气，那么在水泵工作时，就有可能出现上不去水的现象，叶轮空转还会可能会导致水泵内部部件被烧毁。所以，为了避免出现这种情况，在启动水泵设备时，要进行自动注水操作，一般在进行自动注水操作时通常采取喷射泵或底阀抽真空的方式进行，并选用精度较高的真空传感器实时检测水泵内部的真空度，以此确保水泵设备运行的安全性，降低运行过程中的故障风险。3.2闸阀操作对设备进行闸阀操作的主要目的是为了降低设备的启动功率，在操作水泵的相关规定中，明确规定在出水闸阀关闭状态下才能使用离心式水泵。当水泵停止运行后，为了降低水锤事故的发生率，通常都会选择将闸阀关闭，以此逐渐减少液体的流动速度，当水泵中充满水，在停止水泵运行时，先将相应的电机启动，再打开与之对应的电动阀；停止后，先将电动阀关闭，再停止水泵电机的运行。3.3参数传输参数传输工作是指将集中操作台上的可显示水仓水位、水泵流量及电动机运行参数等数据通过PLC传输给地面控制系统，并通过控制中心的计算机设备进行分析处理。将分析结果在显示器上进行模拟显示，并以图表、曲线的形式为地面的工作人员提供判断依据，并向泵房自动化控制中心反馈操作指令。3.4水泵设备电机保护由于水泵电机在运行时所承载的负荷量较大，所以其工作运行过程中的故障发生率也较高。该系统中的保护形式较多，较为常见的保护形式为：a)系统对水泵电机设备进行流量保护，当水泵设备在运行过程中的流量值不在正常范围内时，系统会启动流量保护装置，对正在运行中的设备停止操作，并立即启动备用水泵维持工作的正常运转；b)电动机故障。自动化控制系统还可以实时检测水泵设备的电机欠压、短路、过载等故障，主要是由高压开关柜的保护器进行。

4结语

对煤矿中央泵房的自动化控制系统的应用进行了详细论述分析，通过该系统在投入使用后的实际运行情况来看，其运行状态较为稳定，操作比较便捷，既能满足中央泵房的排水要求，还可以有效提高中央泵房的自动化控制水平，提升煤矿企业的经济效益。

参考文献：

［1］薛志刚.现代化矿井主排水泵自动控制技术分析［J］.中国高新技术企业，2010(36)：65-66.

［2］赵孟，朱文军，韩小庆.浅谈矿井排水自动化监控系统的应用［J］.山东煤炭科技，2010(5)：33-34.

［3］武希涛，张浩，王亚丽.PLC在中央泵房远程自动化监控系统的应用［J］.科技信息，2010，2(17)：57.

［4］吴同性.基于PLC及以太环网平台的井下中央泵房自动化系统设计［J］.煤炭技术，2010(5)：45-46.

［5］宋其成，张建鹏.中央泵房远程自动化控制的研究与应用［J］.煤矿现代化，2009(S1)：102-103.

作者：翟冠华 单位：阳泉煤业（集团）有限责任公司